电机控制

现在各种类型的无人机、机器人应用日益广泛，无刷电机体积小、重量轻、转速快这些特点可以说是非常适合无人机，本文我们将介绍一下为什么，无刷电机更适用于无人机。

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<strong>第一：为什么选择无刷电机？</strong>

<strong>可靠性</strong>

大疆的无人机基本都选择了无刷电机。有刷电机，90%以上的故障都是出在碳刷上，这是由其设计本身所决定的，进灰、生锈、震动等情况，都可能导致接触不良，进而引发问题。

<strong>寿命长</strong>

<strong><font color="#004a85">作者：庄苏巧、官庚</font> </strong>

电磁干扰（EMI）是系统上的电磁噪声的辐射或感应。与大多数电磁电路组件一样，电机是EMI的常见来源。它们是潜在的噪声源，可以产生共模电流。EMI可能导致性能下降，数据损坏，或者如果足够强可能导致系统完全失效。而电机就是主要的干扰源之一，在电机工作的情况下，存在辐射和传导发射问题，干扰源分别来自磁源和电源。

<strong>1、有刷电机的工作原理</strong>

有刷电机是大家最早接触的一类电机，中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。

望：看电动机前轴承端盖油封处是否变黑，一般情况下如果轴承散架，剧烈摩擦会使轴承油封温升过高而变黑。轴承散架后会引起扫膛使线圈短路或通壳而跳闸。

闻：因过载或扫膛都会使线圈烧毁，故打开接线盒会闻到线圈烧毁后的焦臭味。

问：如果电动机发生过热，要向电动机使用者询问，机械设备是否过载或传动部件是否要更新。例如切刀、齿条都是有使用寿命的。太旧而又不更新会引起电动机过载而导致过热。

切："切"才是关键。判断电动机烧坏容易，难的是要找出电动机烧坏的原因，排除故障。否则换新电动机还会烧毁。

个人总结几点电动机烧毁的原因：缺相、过载、线圈老化、轴承散架扫膛、抱死堵转。三相异步电动机是否烧坏常用的2个判断方法如下：

<strong>一、绝缘摇表测量</strong>

1、绝缘摇表测量，选择合适的绝缘摇表，比如500兆欧或者1000兆欧，分别测量三相绕组A相、B相、C相和接地外壳之间的绝缘电阻。均匀摇动绝缘摇表时，绝缘摇表测量的每一相绝缘电阻值不低于0.5兆欧才算正常。

<strong>电机碳刷火花大是什么原因</strong>

<strong>1、改用了非原厂碳刷，碳刷偏硬或牌号不符合要求</strong>

解决方法：更换原厂碳刷。

<strong>2、电机碳刷上弹簧压力不均匀</strong>

解决方法：适当调整弹簧压力，使每个碳刷压力保持均衡。

<strong>3、刷握松动</strong>

解决方法：将刷握螺栓拧紧，使刷握和换向器表面平行。

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<strong>4、刷握离换向器表面距离过大</strong>

1、单相变压器空载时的电流与主磁通的相位并不相同，存在一个相位角度差aFe，原因是存在铁耗电流。空载电流是尖顶波形，因为其中有较大的三次谐波。

2、直流电机电枢绕组中流动的也是交流电流。但其励磁绕组中流的是直流电流。直流电动机的励磁方式有他励、并励、串励、复励等。

3、直流电机的反电势表达式为E =C_EFn；而电磁转矩表达式则为T_em =C_TFI。

4、直流电机的并联支路数总是成对的，而交流绕组的并联支路数则不一定。

5、在直流电机中，单叠绕组的元件是以一个叠在另外一个之上的方式串联而成的。无论是单波绕组还是单叠绕组，换向片将所有元件串联在一起，构成了单一闭合回路。

6、异步电机又称感应电机，因为异步电机的转子电流是通过电磁感应而产生的。

7、异步电动机降压起动时，起动转矩减小，起动转矩和绕组的起动电流的平方成正比地减小。

8、一次侧电压的幅值、频率不变时，变压器铁心的饱和程度是基本不变的，励磁电抗也基本不变。

电动机绕组匝间短路故障现象和原因不外乎电动机电流过大、电源电压变动过大、单相运行、机械碰伤和制造缺陷等原因，会造成绝缘损坏匝间短路，一般分为：绕组匝间短路、绕组间短路、绕组极间短路和绕组相间短路。

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<strong>一、故障现象</strong>

1、电机的磁场分布不均，三相电流不平衡令电动机运行时产生的振动和噪声加剧，严重时电动机不能启动，而在短路线圈中产生很大的短路电流，导致线圈迅速发热而烧毁。

2、被短路的线圈中将流过很大的环流（往往高达正常电流的2—10倍），使线圈严重发热。

3、三相电流不平衡，电动机转矩降低。

4、电机产生杂音。

在无刷直流电机BLDC控制里，无论对于带传感器还是无传感器电机，经常会用到超前角/导通角（Lead Angle）。因为电机线圈是感性负载，所以相对于线圈上的加载电压，线圈里的电流会有一定的时延，这会影响电机的效率和产生噪音震动等。

对于BLDC的梯形波/方波控制，调试并选取合适的超前角能在不改变基本控制算法的情况下，明显提升电机控制的效率和震动噪音水平。特别对于带传感器电机，控制时序里的超前角相当于调整电机内部的传感器位置，从而通过用简单易行的软件方法实现等同于以不方便或困难的方式调整传感器物理位置的效果。

<strong>1、三相BLDC控制原理（梯形波）</strong>

下图表示了无刷电机梯形波控制算法的基本原理。首先，交流电整流为直流电压，后级为变频部分（inverter），包含6个开关器件（FET）：上桥臂的U、V、W和下桥臂的X、Y、Z。

<strong>按照一定顺序控制这些FET开关器件，比如：</strong>

1：U->Y

2：U->Z

3：V->Z

4：V->X

5：W->X

6：W->Y（假定电机方向为正转）

电动机型号主要是进行业务联系和简化技术文件中使用。使用、设计和制造等部门都会引用的一种代号，这些代号包括规格和型式等叙述。下面为大家介绍电动机型号含义等信息：

<strong>一、电动机型号组成及含义</strong>

由电机类型代号、电机特点代号、设计序号和励磁方式代号等四个小节顺序组成。

<strong>1、类型代号是表征电机的各种类型而采用的汉语拼音字母。比如：</strong>

<strong>1、电机为什么会产生轴电流？（电机的轴—轴承座—底座回路中的电流称为轴电流）</strong>

<strong>轴电流产生的原因：</strong>

（1）磁场不对称；

（2）供电电流中有谐波；

（3）制造、安装不好，由于转子偏心造成气隙不匀；

（4）可拆式定子铁心两个半圆间有缝隙；

（5）叠成扇形的定子铁心的拼片数目选择得不合适。

<strong>危害：</strong>

使电机轴承表面或滚珠受到侵蚀，形成点状微孔，导致轴承运转性能恶化、摩擦损耗和发热增加，最终造成轴承烧毁。

<strong>预防：</strong>

（1）消除脉动磁通和电源谐波（如在变频器输出侧加装交流电抗器）；

（2）电机设计时，将滑动轴承的轴承座和底座绝缘，滚动轴承的外圈和端盖绝缘。

<strong>2、为什么普通电机不能用于高原地区？</strong>

高海拔对电机温升、高压电机电晕和直流电机的换向均有不利影响。应注意以下三方面：